Stroboscope - Stroboscope

Une balle rebondissante capturée avec un flash stroboscopique à 25 images par seconde.
Une lumière stroboscopique clignotant à la bonne période peut sembler geler ou inverser le mouvement cyclique

Un stroboscope, également connu sous le nom de stroboscope , est un instrument utilisé pour donner l'impression qu'un objet en mouvement cyclique est lent ou stationnaire. Il se compose soit d'un disque rotatif avec des fentes ou des trous, soit d'une lampe telle qu'un tube éclair qui produit de brefs éclairs répétitifs de lumière. Habituellement, la fréquence du stroboscope est réglable à différentes fréquences. Lorsqu'un objet en rotation ou vibrant est observé avec le stroboscope à sa fréquence de vibration (ou à un sous-multiple de celle-ci), il apparaît immobile. Ainsi, les stroboscopes sont également utilisés pour mesurer la fréquence.

Le principe est utilisé pour l'étude d' objets rotatifs , alternatifs , oscillants ou vibrants . Les pièces de machine et la corde vibrante sont des exemples courants. Un stroboscope utilisé pour régler le calage de l' allumage des moteurs à combustion interne s'appelle une lampe stroboscopique .

Mécanique

Dans sa forme mécanique la plus simple, un stroboscope peut être un cylindre rotatif (ou un bol avec un bord surélevé) avec des trous ou des fentes régulièrement espacés placés dans la ligne de mire entre l'observateur et l'objet en mouvement. L'observateur regarde à travers les trous/fentes du côté proche et éloigné en même temps, les fentes/trous se déplaçant dans des directions opposées. Lorsque les trous/fentes sont alignés sur des côtés opposés, l'objet est visible pour l'observateur.

Alternativement, un seul trou ou fente mobile peut être utilisé avec un trou ou une fente fixe/stationnaire. Le trou ou la fente fixe limite la lumière à un seul chemin d'observation et réduit l'éblouissement de la lumière passant à travers d'autres parties du trou/fente mobile.

La visualisation à travers une seule ligne de trous/fentes ne fonctionne pas, car les trous/fentes semblent simplement balayer l'objet sans effet stroboscopique.

La vitesse de rotation est ajustée pour qu'elle se synchronise avec le mouvement du système observé, qui semble ralentir et s'arrêter. L'illusion est causée par le repliement temporel , communément appelé effet stroboscopique .

Électronique

Dans les versions électroniques , le disque perforé est remplacé par une lampe capable d'émettre des éclairs lumineux brefs et rapides. Généralement, une lampe à décharge de gaz ou à semi-conducteur est utilisée, car elles sont capables d'émettre de la lumière presque instantanément lorsque l'alimentation est appliquée et de s'éteindre tout aussi rapidement lorsque l'alimentation est coupée.

En comparaison, les lampes à incandescence ont un bref échauffement lorsqu'elles sont sous tension, suivies d'une période de refroidissement lorsque l'alimentation est coupée. Ces retards entraînent un maculage et un flou des détails des objets partiellement illuminés pendant les périodes d'échauffement et de refroidissement. Pour la plupart des applications, les lampes à incandescence sont trop lentes pour des effets stroboscopiques clairs. Pourtant, lorsqu'ils sont exploités à partir d'une source CA, ils sont généralement assez rapides pour provoquer un bourdonnement audible (à la double fréquence du secteur) lors de la lecture audio optique , comme lors de la projection de films.

La fréquence du flash est ajustée de sorte qu'elle soit égale ou une fraction unitaire de la vitesse cyclique de l'objet, auquel point l'objet est vu comme étant stationnaire ou se déplaçant lentement vers l'arrière ou vers l'avant, selon la fréquence du flash.

Les lampes au néon ou les diodes électroluminescentes sont couramment utilisées pour les applications stroboscopiques à faible intensité, les lampes au néon étaient plus courantes avant le développement de l'électronique à semi-conducteurs, mais sont remplacées par des LED dans la plupart des applications stroboscopiques à faible intensité.

Les lampes flash au xénon sont utilisées pour les applications stroboscopiques de moyenne et haute intensité. Un flash suffisamment rapide ou brillant peut nécessiter un refroidissement actif tel qu'un refroidissement à air pulsé ou à eau pour empêcher la lampe flash au xénon de fondre.

Histoire

1540 Strobolume, un stroboscope de qualité professionnelle produit par General Radio
Vue rapprochée du boîtier de commande 1540 Strobolume

Joseph Plateau de Belgique est généralement crédité de l'invention du stroboscope en 1832, lorsqu'il a utilisé un disque avec des fentes radiales qu'il a tourné tout en visualisant des images sur une roue tournante séparée. L'appareil de Plateau devint connu sous le nom de " Phenakistoscope ". Il y eut une invention quasi simultanée et indépendante de l'appareil par l' Autrichien Simon Ritter von Stampfer , qu'il baptisa le « Stroboscope », et c'est son terme qui est utilisé aujourd'hui. L'étymologie vient des mots grecs στρόβος - strobos , signifiant « tourbillon » et - skopein , signifiant « regarder ».

En plus d'avoir d'importantes applications pour la recherche scientifique, les premières inventions ont connu un succès populaire immédiat en tant que méthodes de production d' images animées , et le principe a été utilisé pour de nombreux jouets. D'autres pionniers ont utilisé des miroirs rotatifs ou des miroirs vibrants appelés galvanomètres à miroir .

En 1917, l'ingénieur français Etienne Oehmichen a breveté le premier stroboscope électrique, construisant en même temps une caméra capable de filmer 1 000 images par seconde.

Le stroboscope à lumière stroboscopique électronique a été inventé en 1931, lorsque Harold Eugene Edgerton ("Doc" Edgerton) a utilisé une lampe clignotante pour étudier les pièces de la machine en mouvement. General Radio Corporation a ensuite produit cette invention sous la forme de leur "Strobotach".

Edgerton a ensuite utilisé des éclairs de lumière très courts comme moyen de produire des photographies fixes d'objets se déplaçant rapidement, tels que des balles en vol.

Applications

Stroboscope sur un tourne- disque gramophone

Les stroboscopes jouent un rôle important dans l'étude des contraintes sur les machines en mouvement et dans de nombreuses autres formes de recherche. Les stroboscopes lumineux sont capables de maîtriser l'éclairage ambiant et de rendre apparents les effets d'arrêt sans avoir besoin de conditions de fonctionnement ambiantes sombres.

Ils sont également utilisés comme instruments de mesure pour déterminer la vitesse cyclique. En tant que lampe stroboscopique, ils sont utilisés pour régler le calage de l' allumage des moteurs à combustion interne .

En médecine, les stroboscopes sont utilisés pour visualiser les cordes vocales pour le diagnostic des conditions qui ont produit une dysphonie (enrouement). Le patient fredonne ou parle dans un microphone qui à son tour active le stroboscope à la même fréquence ou à une fréquence légèrement différente. La source lumineuse et une caméra sont positionnées par endoscopie .

Une autre application du stroboscope peut être vue sur de nombreuses platines de gramophone . Le bord du plateau comporte des marques à des intervalles spécifiques de sorte que lorsqu'il est observé sous un éclairage fluorescent alimenté à la fréquence du secteur , à condition que le plateau tourne à la bonne vitesse, les marques semblent être stationnaires. Cela ne fonctionnera pas bien sous un éclairage à incandescence , car les ampoules à incandescence ne stroboscopiquent pas de manière significative. Pour cette raison, certaines platines ont une ampoule néon ou une LED à côté du plateau. La LED doit être pilotée par un redresseur demi-onde du transformateur secteur, ou par un oscillateur.

Les flashs stroboscopiques sont également adaptés à un usage pop, comme effet lumineux pour les discothèques et les boîtes de nuit où ils donnent l'impression de danser au ralenti. La fréquence stroboscopique de ces appareils n'est généralement pas très précise ou très rapide, car l'application de divertissement ne nécessite généralement pas un degré élevé de performances.

Couleur Fechner

Le clignotement rapide de la lumière stroboscopique peut donner l'illusion que la lumière blanche est teintée de couleur, connue sous le nom de couleur Fechner . Dans certaines plages, la couleur apparente peut être contrôlée par la fréquence du flash. Les fréquences de stimuli efficaces vont de 3 Hz vers le haut, avec des fréquences optimales d'environ 4 à 6 Hz. Les couleurs sont une illusion générée dans l'esprit de l'observateur et non une vraie couleur. Le haut de Benham démontre l'effet.

Voir également

Les références

  1. ^ (en français) Les grands Centraux : Étienne Œhmichen (1884-1955] - Centrale-Histoire - École centrale Paris
  2. ^ "Études au MIT : 1926–1931" Harold "Doc" Edgerton" . 2009-11-28 . Récupéré 2009-11-28 .
  3. ^ Benham, CE (1894). "Le sommet du spectre artificiel" . savant.google.com . Récupéré le 2021-07-31 .
  4. ^ Pilz J, Marre E (1993). "Couleurs de scintillement induites par un motif. Une méthode d'examen ophtalmologique (article en allemand)". Ophtalmologue . 90 (2) : 148-54. PMID 8490297.
  5. ^ Schramme J (1992). « Les changements de couleurs de scintillement induits par le motif sont médiés par le processus d'adversaire bleu/jaune ». Recherche visuelle . 32 (11) : 2129-34. doi :10.1016/0042-6989(92)90074-S. PMID 1304090.
  6. ^ . Krantz, John H (2013). Encyclopédie de la science et de la technologie des couleurs (PDF) . New York : Springer Science+Business Media. doi : 10.1007/978-3-642-27851-8_65-2 .

Liens externes